天文學家在超新星1987A的殘骸中發現了尋找已久的致密天體。

1987年2月，近400年來距離地球最近的一顆超新星爆炸了。它被命名爲超新星1987A（SN 1987A），起因于大麥哲倫星雲中一顆大質量恒星的死亡，大麥哲倫星雲是一個16萬光年遠的矮星系。從那以後的幾十年裏，人們用望遠鏡研究了從X射線到無線電的各種波長的光。然而，盡管進行了所有的審查，一個謎團仍然存在。

理論預測，恒星爆炸應該産生了中子星或黑洞。長期以來，人們一直在尋找這種致密天體的證據，但沒有成功。現在，NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的新觀測首次直接證明了什麽可能是中子星，這是由其高能發射的影響揭示的。

韋伯發現年輕超新星遺迹中心存在中子星的證據

美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在最近觀測到的一顆超新星的位置發現了中子星發射的最佳證據。這顆被稱爲SN 1987A的超新星是一顆核心坍縮超新星，這意味著，在其核心被壓縮的殘骸形成了中子星或黑洞。長期以來，人們一直在尋找這樣一個致密天體存在的證據，雖然之前已經發現了中子星存在的間接證據，但這是第一次探測到可能是年輕中子星的高能輻射的影響。

超新星 —— 一些大質量恒星最後的爆炸死亡陣痛 —— 在幾個小時內爆炸，爆炸的亮度在幾個月內達到峰值。在接下來的幾十年裏，爆炸恒星的殘骸將繼續以快速的速度演變，爲天文學家提供了一個難得的機會，可以實時研究一個關鍵的天文過程。

超新星SN 1987A

超新星SN 1987A發生在距離地球16萬光年的大麥哲倫星雲中。它于1987年2月首次在地球上被觀測到，其亮度在當年5月達到頂峰。這是自1604年觀測到開普勒超新星以來，第一次用肉眼看到的超新星。

在對SN 1987A進行首次可見光觀測的兩小時前，世界各地的三個天文台探測到一次持續僅幾秒鍾的中微子爆發。這兩種不同類型的觀測結果與同一超新星事件有關，並爲核心坍縮超新星如何發生的理論提供了重要證據。這一理論包括這樣一種預期，即這種類型的超新星將形成中子星或黑洞。從那以後，天文學家一直在尋找證據，以證明在膨脹的殘余物質中心存在這樣或那樣的致密物體。

在過去的幾年裏，已經發現了在遺迹中心存在中子星的間接證據，並且對更古老的超新星遺迹（如蟹狀星雲）的觀察證實，在許多超新星遺迹中都發現了中子星。然而，直到現在，還沒有直接的證據表明SN 1987A（或任何其他類似的超新星爆炸）爆炸後會産生中子星。

斯德哥爾摩大學的Claes Fransson是這項研究的主要作者，他解釋說：“從SN 1987A的理論模型來看，在超新星爆發之前觀察到的10秒中微子爆發，意味著在爆炸中形成了中子星或黑洞。但我們還沒有從任何超新星爆炸中觀察到任何令人信服的新生物體的特征。有了這個天文台，我們現在已經找到了由新生致密物體引發發射的直接證據，很可能是一顆中子星。”

韋伯對SN 1987A的觀測

韋伯于2022年7月開始科學觀測，而這項工作背後的韋伯觀測是在7月16日進行的，這使得SN 1987A殘骸成爲韋伯觀測到的第一批物體之一。該團隊使用了韋伯的MIRI（中紅外儀器）的中分辨率光譜儀（MRS）模式，這是同一個團隊的成員幫助開發的。MRS是一種被稱爲積分場單元（IFU）的儀器。

IFU能夠對一個物體成像，同時獲得它的光譜。IFU在每個像素處形成光譜，使觀察者能夠看到物體之間的光譜差異。對每個頻譜的多普勒頻移的分析也允許評估在每個位置的速度。

光譜分析結果顯示，由于SN 1987A原始位置周圍抛射物質中心的電離氩，産生了強烈的信號。隨後使用韋伯的NIRSpec（近紅外光譜儀）IFU在短波長的觀測發現了更多的重電離化學元素，特別是5倍電離的氩（意味著氩原子失去了18個電子中的5個）。這樣的離子需要高能光子才能形成，而這些光子必須來自某個地方。

“爲了産生我們在噴射物中觀察到的這些離子，很明顯，在SN 1987A殘骸的中心必須有一個高能輻射源，”Fransson說。“在這篇論文中，我們討論了不同的可能性，發現只有幾種情況是可能的，所有這些都涉及到一顆新生的中子星。”

今年計劃用韋伯和地面望遠鏡進行更多的觀測。研究小組希望正在進行的研究能夠更清楚地了解SN 1987A遺迹的中心到底發生了什麽。這些觀測結果有望促進更詳細模型的發展，最終使天文學家不僅能夠更好地了解SN 1987A，還能更好地了解所有核心坍縮超新星。

這些發現發表在《科學》雜志上。

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